什么是嵌入式系統(tǒng)?

嵌入式系統(tǒng)由硬件和軟件組成．是能夠du立進行運作的器件。其軟件內(nèi)容只包括軟件運行環(huán)境及其操作系統(tǒng)。硬件內(nèi)容包括信號處理器、存儲器、通信模塊等在內(nèi)的多方面的內(nèi)容。相比于一般的計算機處理系統(tǒng)而言，嵌入式系統(tǒng)存在較大的差異性， 它不能實現(xiàn)大容量的存儲功能，因為沒有與之相匹配的大容量介質(zhì)，大部分采用的存儲介質(zhì)有E-PROM、EEPROM DENG等， 軟件部分以API編程接口作為開發(fā)平臺的核心。

本文目錄：嵌入式系統(tǒng)定義   嵌入式系統(tǒng)發(fā)展過程   嵌入式系統(tǒng)特點   嵌入式系統(tǒng)組成   嵌入式系統(tǒng)嵌入式方式   嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用場景

嵌入式系統(tǒng)定義

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以現(xiàn)代計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠根據(jù)用戶需求(功能、可靠性、成本、體積、功耗、環(huán)境等)靈活裁剪軟硬件模塊的專用計算機系統(tǒng)。要點概括：

1. 以應(yīng)用為中心：強調(diào)嵌入式系統(tǒng)的目標是滿足用戶的特定需求。就絕大多數(shù)完整的嵌入式系統(tǒng)而言，用戶打開電源即可直接享用其功能，無需二次開發(fā)或僅需少量配置操作。
2. 專用性：嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用場合大多對可靠性、實時性有較高要求，這就決定了服務(wù)于特定應(yīng)用的專用系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的主流模式，它并不強調(diào)系統(tǒng)的通用性和可擴展。這種專用性通常也導(dǎo)致嵌入式系統(tǒng)是一個軟硬件緊密集成的zui終系統(tǒng)，因為這樣才能geng有效地提高整個系統(tǒng)的可靠性并降低成本，并使之具有g(shù)eng好的用戶體驗。
3. 以現(xiàn)代計算機技術(shù)為核心：嵌入式系統(tǒng)的zui基本支撐技術(shù)，大致上包括集成電路設(shè)計技術(shù)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)、傳感與檢測技術(shù)、嵌入式操作系統(tǒng)和實時操作系統(tǒng)技術(shù)、資源受限系統(tǒng)的高可靠軟件開發(fā)技術(shù)、系統(tǒng)形式化規(guī)范與驗證技術(shù)、通信技術(shù)、低功耗技術(shù)、特定應(yīng)用領(lǐng)域的數(shù)據(jù)分析、信號處理和控制優(yōu)化技術(shù)等，它們圍繞計算機基本原理，集成進特定的專用設(shè)備就形成了一個嵌入式系統(tǒng)。
4. 軟硬件可裁剪：嵌入式系統(tǒng)針對的應(yīng)用場景如此之多，并帶來差異性極大的設(shè)計指標要求(功能性能、可靠性、成本、功耗)，以至于現(xiàn)實上很難有一套方案滿足所有的系統(tǒng)要求，因此根據(jù)需求的不同，靈活裁剪軟硬件、組建符合要求的zui終系統(tǒng)是嵌入式技術(shù)發(fā)展的必然技術(shù)路線。

嵌入式系統(tǒng)發(fā)展過程

嵌入式計算機的真正發(fā)展是在微處理器問世之后。1971年11月，算術(shù)運算器和控制器電路成功的被集成在一起，推出了di一款微處理器，其后各廠家陸續(xù)推出了8位、16位微處理器。以這些微處理器為核心所構(gòu)成的系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、機器人、家用電器等領(lǐng)域。微處理器的廣泛應(yīng)用形成了一個廣闊的嵌入式應(yīng)用市場，計算機廠家開始大量地以插件方式向用戶提供OEM產(chǎn)品，再由用戶根據(jù)自己的需要選擇一套適合的CPU板、存儲器板及各式I/O插件板，從而構(gòu)成專用的嵌入式計算機系統(tǒng)，并將其嵌入自己的系統(tǒng)設(shè)備中。

20世紀80年代，隨著微電子工藝水平的提高，集成電路制造商開始把嵌入式計算機應(yīng)用中所需要的微處理器、I/O接口、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、串行接口，以及RAM、ROM等部件全部集成到一個VLSI中，從而制造出面向I/O設(shè)計的微控制器，即俗稱的單片機。單片機成為嵌入式計算機中異j突起的一支新秀。20世紀90年代，在分布控制、柔性制造、數(shù)字化通信和信息家電等巨大需求的牽引下，嵌入式系統(tǒng)進一步快速發(fā)展。面向?qū)崟r信號處理算法的DSP產(chǎn)品向著高速、高精度、低功耗的方向發(fā)展。21世紀是一個網(wǎng)絡(luò)盛行的時代，將嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用到各類網(wǎng)絡(luò)中是其發(fā)展的重要方向。

嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個階段：

1. di一階段：嵌入技術(shù)的早期階段。嵌入式系統(tǒng)以功能簡單的專用計算機或單片機為核心的可編程控制器形式存在，具有監(jiān)測、伺服、設(shè)備指示等功能。這種系統(tǒng)大部分應(yīng)用于各類工業(yè)控制和飛機、導(dǎo)彈等武q裝b中。
2. di二階段：以高端嵌入式CPU和嵌入式操作系統(tǒng)為標志。這--階段系統(tǒng)的主要特點是計算機硬件出現(xiàn)了高可靠、低功耗的嵌入式CPU，如ARM、PowerPC等，且支持操作系統(tǒng)，支持復(fù)雜應(yīng)用程序的開發(fā)和運行。
3. di三階段：以芯片技術(shù)和Internet技術(shù)為標志。微電子技術(shù)發(fā)展迅速，SOC(片上系統(tǒng))使嵌入式系統(tǒng)越來越小，功能卻越來越強。目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還孤立于Internet之外，但隨著Internet的發(fā)展及Internet技術(shù)與信息家電、工業(yè)控制技術(shù)等結(jié)合日益密切，嵌入式技術(shù)正在進入快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的時期。

嵌入式系統(tǒng)特點

嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件必須根據(jù)具體的應(yīng)用任務(wù)，以功耗、成本、體積、可靠性、處理能力等為指標來進行選擇。嵌入式系統(tǒng)的核心是系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，由于存儲空間有限，因而要求軟件代碼緊湊、可靠，且對實時性有嚴格要求。從構(gòu)成上看，嵌入式系統(tǒng)是集軟硬件于一體的、可du立工作的計算機系統(tǒng)；從外觀上看，嵌入式系統(tǒng)像是一個“可編程”的電子“器件”；從功能上看，它是對目標系統(tǒng)(宿主對象)進行控制，使其智能化的控制器。從用戶和開發(fā)人員的不同角度來看，與普通計算機相比較，嵌入式系統(tǒng)具有如下特點：

1. 專用性強。由于嵌入式系統(tǒng)通常是面向某個特定應(yīng)用的，所以嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件，尤其是軟件，都是為特定用戶群設(shè)計的，通常具有某種專用性的特點。
2. 體積小型化。嵌入式計算機把通用計算機系統(tǒng)中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于實現(xiàn)小型化，方便將嵌入式系統(tǒng)嵌入目標系統(tǒng)中。
3. 實時性好。嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過程控制、數(shù)據(jù)采集、傳輸通信等場合，主要用來對宿主對象進行控制，所以對嵌入式系統(tǒng)有或多或少的實時性要求。例如，對武q中的嵌入式系統(tǒng)，某些工業(yè)控制裝置中的控制系統(tǒng)等的實時性要求就極高。有些系統(tǒng)對實時性要求也并不是很高，例如，近年來發(fā)展速度比較快的掌上電腦等。但總體來說，實時性是對嵌入式系統(tǒng)的普遍要求，是設(shè)計者和用戶應(yīng)重點考慮的一個重要指標。
4. 可裁剪性好。從嵌入式系統(tǒng)專用性的特點來看，嵌入式系統(tǒng)的供應(yīng)者理應(yīng)提供各式各樣的硬件和軟件以備選用，力爭在同樣的硅片面積上實現(xiàn)geng高的性能，這樣才能在具體應(yīng)用中g(shù)eng具競爭力。
5. 可靠性高。由于有些嵌入式系統(tǒng)所承擔的計算任務(wù)涉及被控產(chǎn)品的關(guān)鍵質(zhì)量、人身設(shè)備安q，甚至國jia機密等重大事務(wù)，且有些嵌入式系統(tǒng)的宿主對象工作在無人值守的場合，如在危險性高的工業(yè)環(huán)境和惡劣的野外環(huán)境中的監(jiān)控裝置。所以，與普通系統(tǒng)相比較，嵌入式系統(tǒng)對可靠性的要求極高。
6. 功耗低。有許多嵌入式系統(tǒng)的宿主對象是一些小型應(yīng)用系統(tǒng)，如移動電話、MP3、數(shù)碼相機等，這些設(shè)備不可能配置交流電源或容量較大的電源，因此低功耗一直是嵌入式系統(tǒng)追求的目標。
7. 嵌入式系統(tǒng)本身不具備自我開發(fā)能力，必須借助通用計算機平臺來開發(fā)。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計完成以后，普通用戶通常沒有辦法對其中的程序或硬件結(jié)構(gòu)進行修改，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進行。
8. 嵌入式系統(tǒng)通常采用“軟硬件協(xié)同設(shè)計”的方法實現(xiàn)。早期的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法經(jīng)常采用的是“硬件優(yōu)先”原則，即在只粗略估計軟件任務(wù)需求的情況下，shou先jin行硬件設(shè)計與實現(xiàn)，然后在此硬件平臺之上進行軟件設(shè)計。如果采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法，則一旦在測試中發(fā)現(xiàn)問題，需要對設(shè)計進行修改時，整個設(shè)計流程將重新進行，對成本和設(shè)計周期的影響很大。系統(tǒng)的設(shè)計在很大程度上依賴于設(shè)計者的經(jīng)驗。20世紀90年代以來，隨著電子和芯片等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)出現(xiàn)了軟硬件協(xié)同設(shè)計方法，即使用統(tǒng)一的方法和工具對軟件和硬件進行描述、綜合和驗證。在系統(tǒng)目標要求的指導(dǎo)下，通過綜合分析系統(tǒng)軟硬件功能及現(xiàn)有資源，協(xié)同設(shè)計軟硬件體系結(jié)構(gòu)，以zui大限度地挖掘系統(tǒng)軟硬件能力，避免由于du立設(shè)計軟硬件體系結(jié)構(gòu)而帶來的種種弊病，得到高性能、低代價的優(yōu)化設(shè)計方案。

嵌入式系統(tǒng)組成

嵌入式系統(tǒng)zui核心的層次是中央處理單元部分，它包含運算器和控制器模塊，在cpu的基礎(chǔ)上進一步配上存儲器模塊、電源模塊、復(fù)位模塊等就構(gòu)成了通常所說的zui小系統(tǒng)。由于技術(shù)的進步，集成電路生產(chǎn)商通常會把許多外設(shè)做進同一個集成電路中，這樣在使用上geng加方便，這樣一個芯片通常稱之為微控制器。在微控制器的基礎(chǔ)上進一步擴展電源傳感與檢測、執(zhí)行器模塊以及配套軟件并構(gòu)成一個具有特定功能的完整單元，就稱之為一個嵌入式系統(tǒng)或嵌入式應(yīng)用。

硬件結(jié)構(gòu)

盡管各種具體的嵌入式系統(tǒng)的功能、外觀界面、操作等各不相同，甚至千差萬別，但是基本的硬件結(jié)構(gòu)卻是大同小異的，而且和通用計算機的硬件系統(tǒng)有著高度的相似性。嵌入式系統(tǒng)的硬件部分看起來與通用計算機系統(tǒng)的沒有什么區(qū)別，也由處理器、存儲器、外部設(shè)備、I/O接口、圖形控制器等部分組成。但是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用上的特點致使嵌入式系統(tǒng)在軟硬件的組成和實現(xiàn)形式上與通用計算機系統(tǒng)有較大區(qū)別。為滿足嵌入式系統(tǒng)在速度、體積和功耗上的要求，操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、特殊數(shù)據(jù)等需要長qi保存的數(shù)據(jù)，通常不使用磁盤這類具有大容量且速度較慢的存儲介質(zhì)，而大多使用EPROM、E2PROM或閃存(Flash Memory)。在嵌入式系統(tǒng)中，A/D或D/A模塊主要用于測控方面，這在通用計算機中用得很少。根據(jù)實際應(yīng)用和規(guī)模的不同，有些嵌入式系統(tǒng)要采用外部總線。隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的迅速擴張，嵌入式系統(tǒng)越來越趨于個性化，根據(jù)自身特點采用總線的種類也越來越多。另外，為了對嵌入式處理器內(nèi)部電路進行測試，處理器芯片普遍采用了邊界掃描測試技術(shù)(JTAG)。

軟件體系

嵌入式系統(tǒng)的軟件體系是面向嵌入式系統(tǒng)特定的硬件體系和用戶要求而設(shè)計的，是嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分，是實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)功能的關(guān)鍵。嵌入式系統(tǒng)軟件體系和通用計算機軟件體系類似，分成驅(qū)動層、操作系統(tǒng)層、中間件層和應(yīng)用層等四層，各有其特點。

嵌入式系統(tǒng)嵌入方式

嵌入式系統(tǒng)是通過把CPU嵌入目標系統(tǒng)或被控系統(tǒng)中起作用的。但是在不同的嵌入式系統(tǒng)中，嵌入的形式和程度是各不相同的。根據(jù)嵌入式系統(tǒng)和通用計算機連接關(guān)系的密切程度，嵌入形式可以分為全嵌入方式、半嵌入方式。

全嵌入方式

如果采用全嵌入方式，則嵌入式系統(tǒng)(或其核心功能)可以不依賴于通用計算機系統(tǒng)，即可單du工作，典型實例有手機、MP4、車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)等。采用全嵌入方式的嵌入式系統(tǒng)有如下特點：

1. 具有du立的處理器系統(tǒng)，且具有完整的輸入/輸出系統(tǒng)，能du立完成系統(tǒng)的功能。
2. 高端CPU支持嵌入式操作系統(tǒng)，可以開發(fā)功能復(fù)雜的應(yīng)用程序。
3. 一般為便攜式手持式設(shè)備，其工作環(huán)境一般是無人值守、移動空間、高空或其他條件惡劣的環(huán)境。
4. 供電方式一般采用電池供電，有些情況下也可以直接采用市電220V供電，由系統(tǒng)自行設(shè)計轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓電路。較高端的設(shè)備往往會把兩種供電方式結(jié)合起來，讓用戶使用起來geng加靈活。
5. 全嵌入方式適合任何不宜采用通用計算機的場合，如消費電子、家用電器、通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、工業(yè)控制、智能儀器、戰(zhàn)場電子對抗、航k航t武q等，其應(yīng)用范圍十分廣泛。

半嵌入方式

如果采用半嵌入方式，則嵌入式系統(tǒng)(或其核心功能)需要和通用計算機系統(tǒng)結(jié)合起來才能正常工作，典型實例有醫(yī)用Bchao系統(tǒng)、基于PCI卡的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。采用半嵌入方式的嵌入式系統(tǒng)有如下特點：

1. 一般沒有du立的處理器，而是借用通用計算機系統(tǒng)的CPU完成計算和/或控制功能;有時即使具有自己的du立處理器，但是處理器也只是完成一些有限的特定功能，而不具備控制全部系統(tǒng)的功能。
2. 嵌入式系統(tǒng)只是整個系統(tǒng)的--部分，只能完成整個系統(tǒng)的一部分功能，而其他功能需要在通用計算機上完成。通用計算機利用自己豐富的軟件和硬件資源，提供友好的人機操作界面和強大的數(shù)據(jù)處理能力。
3. 嵌入式系統(tǒng)的功能體現(xiàn)在對前端數(shù)據(jù)的采集和執(zhí)行對被控對象的控制，其中的數(shù)據(jù)分析、處理和存儲等功能由通用計算機系統(tǒng)完成。
4. 嵌入式系統(tǒng)一般采用各種規(guī)范的總線形式和通用計算機相連接。典型的實例有PCI總線、USB總線等，簡單的嵌入式系統(tǒng)還可以通過串口來連接。
5. 嵌入式系統(tǒng)是作為外設(shè)連接在通用計算機上的，因此在通用計算機中一般需要提供嵌入式系統(tǒng)的標準驅(qū)動程序。

嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用場景

嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用十分廣泛，涉及工業(yè)生產(chǎn)、日常生活、工業(yè)控制、航k航t等多個領(lǐng)域，而且隨著電子技術(shù)和計算機軟件技術(shù)的發(fā)展，不僅在這些領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越深入，而且在其他傳統(tǒng)的非信息類設(shè)備中也逐漸顯現(xiàn)出其用武之地。

工業(yè)控制

基于嵌入式芯片的工業(yè)自動化設(shè)備將獲得長足的發(fā)展，目前已經(jīng)有大量的8位、16位、32位嵌入式微控制器在應(yīng)用中。網(wǎng)絡(luò)化是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、減少人力資源的主要途徑，如工業(yè)過程控制、數(shù)字機床、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安q、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測、石油化工系統(tǒng)。就傳統(tǒng)的工業(yè)控制產(chǎn)品而言，低端產(chǎn)品往往采用的是8位單片機。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，32位、64位的處理器已逐漸成為工業(yè)控制設(shè)備的核心。

交通管理

在車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測與汽車服務(wù)方面，嵌入式技術(shù)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，內(nèi)嵌GPS模塊、GSM模塊的移動定位終端已經(jīng)在各種運輸行業(yè)獲得了成功。目前，GPS設(shè)備已經(jīng)從尖duan的科技產(chǎn)品進入了普通百姓的家庭。

信息家電

家電將成為嵌入式系統(tǒng)zui大的應(yīng)用領(lǐng)域，冰箱、空調(diào)等的網(wǎng)絡(luò)化、智能化將引領(lǐng)人們的生活步人一個嶄新的空間。即使不在家，也可以通過電話、網(wǎng)絡(luò)對家電進行遠程控制。在這些設(shè)備中，嵌入式系統(tǒng)將大有用武之地。

家庭智能管理系統(tǒng)

水表、電表、煤氣表的遠程自動抄表系統(tǒng)，安q防火、防盜系統(tǒng)，嵌有專用控制芯片，這種專用控制芯片將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工操作，完成檢查功能，并實現(xiàn)高、jing確和安q的性能。目前在服務(wù)領(lǐng)域，如遠程點菜器等已經(jīng)體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢。

POS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)

公共交通無接觸智能卡(Contactless Smart Card，CSC)發(fā)行系統(tǒng)、公共電話卡發(fā)行系統(tǒng)、自動售貨機等智能ATM終端已全mian走進人們的生活，在不遠的將來手持一張卡就可以行遍天下。

環(huán)境工程與自然

在很多環(huán)境惡劣、地況復(fù)雜的地區(qū)需要進行水文資料實時監(jiān)測、防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測堤壩安q與地震監(jiān)測、實時氣象信息和空氣污染監(jiān)測等時，嵌入式系統(tǒng)將實現(xiàn)無人監(jiān)測。

機器人

嵌入式芯片的發(fā)展將使機器人在微型化、高智能方面的優(yōu)勢geng加明顯，同時，會大幅度降低機器人的價格，使其在工業(yè)領(lǐng)域和服務(wù)領(lǐng)域獲得geng廣泛的應(yīng)用。

上述就是《什么是嵌入式系統(tǒng)》的全部內(nèi)容。魯成偉業(yè)是一家加固計算機、特種計算機、工業(yè)計算機生產(chǎn)廠家，專注于嵌入式計算機（嵌入式工控機、嵌入式顯示器、嵌入式一體機）等產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷售工作。如您對嵌入式系統(tǒng)計算機有需求請聯(lián)系我們，15年經(jīng)驗，魯成偉業(yè)團隊將竭力為您服務(wù)。